阅读说明：本技术 一种核设施事故环境条件下使用的吸氢材料 (Hydrogen absorption material used under nuclear facility accident environmental condition ) 是由 刘鑫 陈晓 郑琪 胡川 路璐 廖亮 汤智超 于 2020-04-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种核设施事故环境条件下使用的吸氢材料,所述吸氢材料由钯铂铜合金膜包覆的锆钒铁合金构成,其中,钯铂铜合金膜的成分为：钯质量分数50～90％、铂质量分数5～25％、铜质量分数5～25％；锆钒铁合金的成分为：锆质量分数60～73％,钒质量分数22～35％,铁质量分数5～18％。本发明的吸氢材料同时具备吸氢和消氢的功能。吸氢材料可显著降低安全壳内氢气风险,提高安全性。(The invention discloses a hydrogen absorption material used under the condition of nuclear facility accident environment, which is composed of zirconium-vanadium-iron alloy coated by a palladium-platinum-copper alloy film, wherein the palladium-platinum-copper alloy film comprises the following components: 50-90% of palladium, 5-25% of platinum and 5-25% of copper; the zirconium vanadium iron alloy comprises the following components: 60-73% of zirconium, 22-35% of vanadium and 5-18% of iron. The hydrogen absorption material of the invention has the functions of hydrogen absorption and hydrogen elimination. The hydrogen absorption material can obviously reduce the risk of hydrogen in the containment vessel and improve the safety.)

一种核设施事故环境条件下使用的吸氢材料

技术领域

本发明涉及核设施安全壳氢气控制领域，特别是核设施安全壳吸氢材料领域。

背景技术

核电站严重事故条件下，堆芯冷却装置遭到严重损坏，堆芯产生大量余热并使得核燃料元件锆包壳不断升温并与水反应，从而生成氢气并进入安全壳内与空气混合，当氢气达到一定浓度时，即使外界点火源的能量较弱，被点燃的可燃混合气也会逐渐由缓慢的层流扩散燃烧逐渐发展为爆燃甚至爆轰，压力载荷可达初始压力的几倍甚至十几倍，将直接威胁安全壳的完整性，给反应堆厂房甚至整个核电厂带来严重的安全隐患。因此，必须采用可靠的方法严格控制安全壳内的氢气含量，以消除安全威胁。

传统安全壳氢气控制模式有氢气消除和气氛惰化两种方式：1)氢气消除是利用消氢设备通过燃烧或者氢氧催化复合的方式进行消氢，典型的消氢设备：如燃烧方式的有氢点火器，催化复合方式有非能动氢复合器；2)气氛惰化是通过事先处理，将安全壳内气氛中的氧气消除或降低到一定浓度，即使在事故后有大量的氢气释放，也无法燃烧。由于舰船类、海上浮动平台等小型核设施的空间非常小，在此类核设施中采用消氢方式或惰化方式都存在较大困难，如：非能动氢复合器需要较为宽敞的空气流通区域形成烟囱效应，如氢点火器消氢则会产生火焰冲击、压力冲击和高温，对周围设备造成巨大影响；如惰化方式则需要一套复杂的惰化处理系统，空气置换系统、氧气消除设备等，相关设备空间需求和电源供应都将给小型核设施增加不小的负担。因此，亟需研究一种新型的处理措施，来解决紧凑空间下事故后氢气风险的控制和消除。

贮氢(吸氢或储氢)技术在氢能利用行业中是一种成熟技术，贮氢材料具有贮氢密度高、吸放氢速度快、操作条件可控、寿命长等特点，广泛应用于氢高效贮存、氢燃料电池相关领域，但是在核领域却未见有成熟的应用。利用吸氢材料的吸氢速率快、吸氢容量大的特性，可在核设施事故后特殊环境下迅速降低氢气浓度，同时吸氢材料体积较小，具有存放方便、易操作等特点。为确保贮氢材料在复杂环境气氛中的优良吸氢性能，本发明的材料表面包覆钯合金膜。钯合金膜不仅能隔绝水、氧及其它复杂气氛对吸氢材料的影响，还能作为氢氧反应催化剂，使得吸氢材料同时具备吸氢和消氢的功能。吸氢材料可显著降低安全壳内氢气风险，提高安全性。

发明内容

本发明的目的是提供一种核设施事故环境条件下使用的吸氢材料，该吸氢材料由钯铂铜合金膜包覆的锆钒铁合金构成，用于核设施安全壳氢气控制系统，同时具备吸氢和消氢作用，可以有效控制和消除核设施氢气风险。

本发明公开了一种核设施事故环境条件下使用的吸氢材料，具体为：该吸氢材料包括锆钒铁合金及表面覆盖钯铂铜合金膜；所述锆钒铁合金组分为：锆质量分数60～73％(数值范围请发明人确认)，钒质量分数22～35％，铁质量分数5～18％；所述钯铂铜合金膜组分为：钯质量分数50～90％、铂质量分数5～25％、铜质量分数5～25％。

优选的，所述吸氢材料的工作温度范围为0～600℃，工作压力范围为0～5MPa。

本发明的有益之处在于：锆钒铁合金具备优良的吸氢性能，吸氢量大，吸氢工作温度、工作压力范围宽，通过表面包覆钯铂铜合金膜，可以保护锆钒铁合金免受核设施事故后的复杂环境气氛的不良影响。钯铂铜合金膜不仅不影响锆钒铁合金的吸氢性能，还对氢氧反应具有催化作用，可作为消氢反应催化剂。本发明公开的吸氢材料吸氢性能优良，同时具备吸氢和消氢作用，可应用于核设施安全壳氢气控制系统，可以有效控制和消除核设施氢气风险。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实例1

采用真空电弧炉，按锆、钒、铁质量分数分别为60％、22％、18％的比例熔炼获得锆钒铁合金，随后在合金表面包覆钯铂铜合金膜，其中钯、铂、铜的质量分数分别为50％、25％、25％。

将包覆钯铂铜合金膜的锆钒铁合金吸氢材料置于空气和氢气混合气氛(氢气体积分数为15％)下测试其吸氢性能，工作温度为30℃，气体压力为0.15MPa。测试结果显示，吸氢材料的饱和吸氢量为1.5wt％，且可在10min内吸氢饱和。

实例2

采用真空电弧炉，按锆、钒、铁质量分数分别为60％、35％、5％的比例熔炼获得锆钒铁合金，随后在合金表面包覆钯铂铜合金膜，其中钯、铂、铜的质量分数分别为70％、5％、25％。

将包覆钯铂铜合金膜的锆钒铁合金吸氢材料置于空气和氢气混合气氛(氢气体积分数为10％)下测试其吸氢性能，工作温度为100℃，气体压力为1MPa。测试结果显示，吸氢材料的饱和吸氢量为1.5wt％，且可在10min内吸氢饱和。

实例3

采用真空电弧炉，按锆、钒、铁质量分数分别为68％、27％、5％的比例熔炼获得锆钒铁合金，随后在合金表面包覆钯铂铜合金膜，其中钯、铂、铜的质量分数分别为90％、5％、5％。

将包覆钯铂铜合金膜的锆钒铁合金吸氢材料置于空气和氢气混合气氛(氢气体积分数为5％)下测试其吸氢性能，工作温度为300℃，气体压力为2MPa。测试结果显示，吸氢材料的饱和吸氢量为1.5wt％，且可在10min内吸氢饱和。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。